MS320C55xDSP应用系统设计

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1、TMS320C55x DSP应用系统设计,赵洪亮、卜凡亮、张仁彦、黄鹤松 编著,章节安排,第1章 绪 论 第2章 TMS320C55x的硬件结构 第3章 TMS32055X的指令系统 第4章 TMS320C55x汇编语言编程 第5章 集成开发环境(CCS) 第6章 C语言程序设计 第7章 应用程序设计 第8章 C55x的片上外设 第9章 C55x应用系统的硬件设计,第1章 绪 论,本章内容提要： 主要对数字信号处理器（DSP）进行简要介绍。 DSP的基本概念 DSP芯片的发展、特点、分类 DSP产品概况,1.1 DSP的基本概念,一个典型的数字信号处理系统,微处理器是数字信号处理系统的核心部件

2、，通常采用DSP芯片，也可采用其它处理器芯片,A/D与D/A转换器建立起了数字世界与现实模拟世界之间的桥梁。,数字信号处理的特点 灵活 精确 重复性好,一个典型的数字信号处理算法FIR滤波器,乘与累加（MAC）是数字信号处理中的典型计算,数字信号处理系统中 微处理器的选择 通用微型计算机（PC机） 普通单片机（如MCS-51、96系列等） 用专用集成电路（ASIC） DSP处理器,优点：编程容易，便于实现 缺点：速度慢、成本高、体积大，难以进行实时信号处理和嵌入式应用,优点：成本低廉 缺点：性能差、速度慢,优点：速度高、大规模生产成本低； 缺点：开发成本高、通用性差。,针对数字信号处理的要求而

3、设计，是数字信号处理系统设计中采用的主流芯片。 优点：灵活、高速、便于嵌入式应用,DSP的含义 数字信号处理(Digital Signal Processing) 数字信号处理的理论和算法 数字信号处理器(Digital Signal Processor) 实现数字信号处理算法的微处理器芯片,1.2 DSP芯片简介,DSP芯片的发展历史、现状和趋势 DSP芯片的特点 DSP芯片的分类 DSP芯片的应用领域 选择DSP芯片考虑的因素,1.2.1 DSP芯片的发展历史、现状和趋势,发展历史 诞生于20世纪70年代末 第一阶段，DSP的雏形阶段（1980年前后） 1978年，AMI公司生产出第一片D

4、SP芯片S2811 1979年，美国Intel公司推出商用可编程器件DSP芯片Intel2920,1980年，日本NEC公司推出PD7720，第一片具有乘法器的商用DSP芯片 1982年，TI公司成功推出其第一代DSP芯片TMS32010及其系列产品TMS32011、TMS320C10/C14 /C15/C16/C17 日本Hitachi公司第一个采用CMOS工艺生产浮点DSP芯片 1983年，日本Fujitsu公司推出的MB8764，指令周期为120ns，具有双内部总线，使数据吞吐量发生了一个大的飞跃 1984年，AT&T公司推出DSP32，是较早的具备较高性能的浮点DSP芯片,第二阶段，D

5、SP的成熟阶段（1990年前后） 硬件结构：更适合数字信号处理的要求，能进行硬件乘法和单指令滤波处理，其单指令周期为ns。 如：TI公司的TMS320C20和TMS320C30，CMOS制造工艺，存储容量和运算速度成倍提高，为语音处理、图像处理技术的发展奠定了基础。 主要器件有：TI公司的TMS320C20、30、40、50系列，Motorola公司的DSP5600、9600系列，AT&T公司的DSP32等。,第三阶段，DSP的完善阶段（2000年以后） 信号处理能力更加完善，而且使系统开发更加方便、程序编辑调试更加灵活、功耗进一步降低、成本不断下降 各种通用外设集成到片上，大大地提高了数字信

6、号处理能力 DSP运算速度可达到单指令周期10ns左右，可在Windows 下用C语言编程，使用方便灵活 广泛应用：通信、计算机领域，并渗透到日常消费领域,DSP芯片的 发展现状,制造工艺 存储器容量 内部结构 运算速度 高度集成化 运算精度和动态范围 开发工具,具有较完善的软件和硬件开发工具，如：软件仿真器Simulator、在线仿真器Emulator、C编译器和集成开发环境CCS等，给开发应用带来很大方便。CCS是TI公司针对本公司的DSP产品开发的集成开发环境。它集成了代码的编辑、编译、链接和调试等诸多功能，而且支持C/C+和汇编的混合编程。开放式的结构允许外扩用户自身的模块。,普遍采用

7、0.25m或0.18m亚微米的CMOS工艺。引脚从原来的40个增加到200个以上，需要设计的外围电路越来越少，成本、体积和功耗不断下降。,芯片的片内程序和数据存储器可达到几十K字，而片外程序存储器和数据存储器可达到16M48位和4G40位以上。,芯片内部均采用多总线、多处理单元和多级流水线结构，加上完善的接口功能，使DSP的系统功能、数据处理能力和与外部设备的通信功能都有了很大的提高。,指令周期从400ns缩短到10ns以下，其相应的速度从2.5MIPS提高到2000MIPS以上。如TMS320C6201执行一次1024点复数FFT运算的时间只有66uS。,集滤波、A/D、D/A、ROM、RA

8、M和DSP内核于一体的模拟混合式DSP芯片已有较大的发展和应用。,DSP的字长从8位已增加到64位，累加器的长度也增加到40位，从而提高了运算精度。同时，采用超长字指令字（VLIW）结构和高性能的浮点运算，扩大了数据处理的动态范围。,DSP技术的发展趋势,DSP的内核结构将进一步改善 DSP和微控制器的融合 DSP和高档CPU的融合 DSP 和FPGA的融合 实时操作系统RTOS与DSP的结合 DSP的并行处理结构 功耗越来越低,1.2.2 DSP芯片的特点,采用哈佛结构 采用多总线结构 采用流水线结构 配有专用的硬件乘法-累加器 具有特殊的寻址方式和指令 支持并行指令操作 硬件配置强，具有较

9、强的接口功能 支持多处理器结构,程序存储器和数据存储器分开，有各自独立的程序总线和数据总线，可独立编址和独立访问。,可同时进行取指令和多个数据存取操作，使CPU在一个机器周期内可多次对程序空间和数据空间进行访问，大大地提高了DSP的运行速度。,在单指令周期内完成数字信号处理中用得 最多的乘法-累加运算,1.2.3 DSP芯片的分类,按照数据格式 定点、浮点 按照字长大小 16位、24位、32位 按照不同生产厂家的产品系列 TI公司的TMS320系列 AD公司的ADSP21系列 AT&T公司的DSP16/32系列 Motorola公司的MC5600/MC9600系列 NEC公司的PD77系列等,

10、1.2.4 DSP芯片的应用领域,信号处理 通信 语音 军事 图形与图像 仪器仪表 自动控制 医疗 家用电器 汽车,1.2.5 选择DSP芯片考虑的因素,运算速度 MAC、FFT、MIPS、MOPS、MFLOPS、BOPS 价格 硬件资源 片内RAM、ROM数量，可扩展程序和数据空间，接口等 运算精度（字长） 定点：一般16位，少数24位 浮点：一般32位，累加器为40位 开发工具 功耗 其他因素,1.3 DSP芯片产品简介,TI公司的DSP芯片概况 其它公司的DSP芯片概况 TMS320C5000概况,1.3.1 TI公司的DSP芯片概况,经典产品 TMS320C1X、TMS320C25、T

11、MS320C3X/4X、TMS320C5 X、TMS320C8X 目前主流系列 TMS320C2000，用于数字化控制领域 TMS320C5000，用于通信、便携式应用领域 TMS320C6000，音视频技术、通信基站,1.3.2 其它公司的DSP芯片概况,AD公司的DSP芯片 AT&T公司的DSP芯片 Motorola公司的DSP芯片,1.3.3 TMS320C5000概况,为16位定点整数 DSP处理器 迄今已有三代产品，即： TMS320C5x、TMS320C 54x和TMS320C55x 同代产品具有相似的CPU结构和不同的片上存储器和外围电路 存储器、外围电路与CPU集成在一个芯片上

12、，构成了一个单片计算机系统，降低整个系统的成本、体积，提高可靠性,TMS320C54x概况,采用改进的Harvard结构 CPU结构 192K字的存储空间 片上外围电路 典型指令周期,1组程序读总线 1组程序地址总线 2组数据读总线 1组数据写总线 3组数据地址总线,1个40位的算术逻辑单元（ALU） 一个40位的筒形移位寄存器（barrel shifter） 2个独立的40位累加器 1个乘加器（MAC）单元 1个用于Viterbi计算的比较、选择、存储（CSSU）单元 1个指数编码器 2个地址发生器单元,64K字的程序存储空间， 某些芯片有扩展的程序存储空间 64K字的数据存储空间 64K字

13、的I/O接口空间,软件可编程等待状态发生器 可编程分区转换逻辑电路 带有内部振荡器或外部时钟源的片内锁相环（PLL）发生器 全双工操作的串行口 带4位预定标器的16位可编程定时器 主机并行接口（HPI） 外部总线控制等,25ns、12.5ns、10ns，对应的速度分别达到40MIPS、80MIPS、100MIPS,2. TMS320C55x概况,为C5000系列的最新一代产品，与C54x的源代码兼容 与C54x相比 处理速度明显提高、功耗明显降低 在结构上复杂的多，采用近似“双CPU结构”,如300MHz的C55x与120MHz的C54x相比，C55x的处理速度比C54x提高了5倍，功耗降到只有C54x的1/6。,表1-1 C55x与C54x的比较,